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“北鬥三號”收官,正式服務全球
2020-06-24 07:37:04 來源: 經濟日報
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  最後一顆組網衛星成功進入預定軌道——

  “北鬥三號”收官,正式服務全球

  自上世紀90年代啟動研制以來,北鬥係統發展經歷了從有源到無源,從區域到全球的跨越,服務定位精度、係統穩定性、功能全面性不斷提升,已成為國家重要的空間基礎設施,全面支撐了國家安全和經濟社會發展的需要。北鬥三號作為我國衛星導航係統建設“三步走”戰略的最後一步,與北鬥二號相比不是簡單迭代更新,而是巨大的歷史性跨越。

  6月23日,我國在西昌衛星發射中心用長徵三號乙運載火箭將最後一顆北鬥三號組網衛星成功送入預定軌道。至此,北鬥三號全球衛星導航係統星座部署全面完成。這意味著,中國北鬥正式走出中國,走向世界,將可以為全球用戶提供基本導航(定位、測速、授時)、全球短報文通信、國際搜救等服務。

  未來應用空間無限

  導航的核心功能其實就是定位和授時,試想一下,如果一個國家的時間和空間基準資訊全部由他人來提供,那麼無論是軍事、通信還是金融等都將面臨巨大安全隱患。

  北鬥在軍事上的應用是最為迫切的。導航主要用于部隊機動、武器發射、邊防巡邏和生命救援等,這就要求導航的過程中必須能夠實時提供載體的位置、速度、姿態等狀態資訊,如果這些資訊發生偏差,就相當于武器裝備沒有了眼睛、部隊失去了方向。

  在交通運輸上,北鬥也在為更多車輛的安全行駛護航。北鬥係統可以為車輛提供實時的位置和速度資訊,在車輛行駛過程中,車內的北鬥終端設備可以記錄行車資訊,得出車輛行駛的裏程、速度、行車時間、路線等資訊,防止出現超速或疲勞駕駛等危害安全的違規駕駛情況發生。數據顯示,截至2019年12月,國內已有超過650萬輛營運車輛、4萬輛郵政和快遞車輛,36個中心城市約8萬輛公交車、3200余座內河導航設施、2900余座海上導航設施應用北鬥係統。

  隨著人類活動的發展,對導航的要求也越來越高。在北鬥係統等科技力量的支援下,我們可以構建智慧森林防撲火基礎設施,基于北鬥係統高精度定位導航服務,大型重載、長航時、遠距離、智慧化、全係統的消防無人直升機可以快速準確抵達火災現場,充分利用北鬥係統及其短報文通信功能為救火隊員提供位置共用等重要資訊。業內專家表示,北鬥導航係統是“新基建”的基建,是基礎的基礎。

  當前,國內不少汽車廠已經在廣泛就汽車的智能網聯技術展開研發,目的是讓人、車、路能夠“説上話”。以時空智能基礎設施公司千尋位置網絡有限公司為例,今年內,該公司就將有多達6個不同品牌的車型搭載千尋位置基于北鬥高精度的導航定位能力並正式上市。

  中國衛星導航係統管理辦公室主任冉承其説,北鬥的應用只受想像力的限制。近年來,一大批從事北鬥應用的企業致力于打造數字時代北鬥應用的最佳實踐方案,已經在自動駕駛、行業升級、測量測繪、智能城市、公共服務等領域有了諸多應用落地。隨著5G商用時代的到來,北鬥正在與新一代通信、區塊鏈、人工智慧等新技術加速融合,北鬥應用新模式、新業態、新經濟還將不斷涌現。

  創新實現歷史性跨越

  自上世紀90年代啟動研制以來,北鬥係統發展經歷了從有源到無源,從區域到全球的跨越,服務定位精度、係統穩定性、功能全面性不斷提升,已成為國家重要的空間基礎設施,全面支撐了國家安全和經濟社會發展的需要。北鬥三號作為我國衛星導航係統建設“三步走”戰略的最後一步,與北鬥二號相比不是簡單迭代更新,而是巨大的歷史性跨越。不僅導航服務擴展到全球,短報文通信等北鬥特色服務進一步強大,定位精度也將趕超GPS。

  短報文通信可謂是北鬥係統的“獨門絕技”,就是指北鬥的用戶與用戶、用戶與中心控制係統間可實現雙向簡短數字報文通信。在北鬥三號係統中,短報文通信的能力顯著提升,從最初一次發送120個漢字提升到一次發送1200個漢字。用戶遇到突發情況時無需字斟句酌,足以將情節一次性説清楚,還可發送圖片等資訊,應用場景更為豐富。

  有源定位也是北鬥三號的一大創舉。其原理就是利用無線電測定技術,通過兩顆地球靜止軌道衛星(GEO)聯手,不僅能回答用戶“我在哪”,還能告訴關注著用戶行蹤的相關方“你在哪”,這項技術在搜救、漁業等領域被廣泛使用,是保障民生安全的“千裏眼”。

  由于北鬥係統不能像美國GPS那樣,在全球建立地面站,為設置境外衛星的數據傳輸通道,北鬥三號研制團隊攻克了星座星間鏈路技術,採取星間、星地傳輸功能一體化設計,實現了衛星與衛星、衛星與地面站的鏈路互通。這就是説,雖然“看不見”在地球另一面的北鬥衛星,但用星間鏈路同樣能與其他衛星取得聯繫。星間鏈路技術不僅能實現太空間的通信和數據傳輸,還能相互測距,自動“保持隊形”,可以減輕地面管理維護壓力。星間鏈路技術解決了我國不能全球布站進行衛星境外監測的難題,也是北鬥全球導航係統建設的一大特色。

  為了提高服務的精度,北鬥三號係統還配置了新一代原子鐘。原子鐘是利用原子躍遷頻率穩定的特性保證産生時間的精準性,目前國際上主要有銣原子鐘、氫原子鐘、銫原子鐘等。我國北鬥衛星採用的是銣原子鐘,同時還配置了性能更高的新研國産氫原子鐘。氫原子鐘雖然品質和功耗比銣原子鐘大,但穩定性和漂移率等指標更優。星載氫原子鐘的在軌應用,對于實現北鬥導航定位“分秒不差”發揮了重要作用。

  為了提高衛星在軌服務的可靠性,北鬥三號衛星還採取了多項可靠性措施,使衛星的設計壽命達到12年,達到國際導航衛星的先進水準,為北鬥係統服務的連續、穩定提供了基礎保證。

  專家表示,未來,北鬥係統將利用在軌衛星、地面、用戶評估等海量數據,設計“天、地、用”一體化智能管理的衛星在軌技術支援平臺,具備多源接收、自主監視、智能診斷、過程可視等能力。

  協作推動高效率組網

  “近兩年時間,我們以平均每月發射1.2顆北鬥衛星的高密度,刷新了全球衛星導航係統組網速度世界紀錄。”北鬥衛星導航係統總設計師楊長風説,北鬥三號高效率組網離不開係統內團結協作。

  北鬥三號工程是一個空前復雜的航太係統工程,包含空間段、地面段、用戶段三個組成部分。空間段包含不同軌道高度的30顆組網衛星,地面段包含40多個不同類型、功能的地面站,這樣一個龐大的係統要進行天地組網協同運作,將涉及幾十個係統、幾萬臺套設備,環環相扣,任何一環都不可或缺。

  “北鬥三號管理控制中心就像是衛星導航係統的‘大腦’,可以指揮空間段和地面段協同運作、地面天線和各類觀測設備統籌調度、傳輸數據,以及衛星導航電文的編輯、上注和播發等,解決了幾十個係統、幾萬臺套設備的集中監視和控制難題。”據中國電科技術人員介紹,該中心實現了衛星導航係統的星地一體化管理與控制,統籌協調空間平臺與地面管控資源,是充分發揮北鬥三號係統運作效能的核心環節。

  護送北鬥衛星升空的長徵三號甲係列火箭被稱為北鬥組網工程的“專屬列車”。自2000年10月31日我國發射第一顆北鬥導航試驗衛星至今,共進行了44次發射,將59顆北鬥導航衛星成功護送升空,發射成功率100%。

  為了保證導航衛星時空資訊的精確性和穩定性,上海天文臺科研人員依托于在天體測量與天體力學、精密時間頻率標準等優勢學科數十年的科研積累,從“零”到“有”,最終解決了大運算量數據整理、編輯、計算、存儲、發送的電腦軟硬體整合,統一調度穩定運作及資訊處理構架等關鍵技術難題。為了實現北鬥三號精密定位,上海天文臺資訊處理團隊首次提出並實現了區域監測網+星間鏈路的星地星間聯合精密定軌技術,就像是北鬥的“最強大腦”,能實時修正誤差,多備份,以保持北鬥係統空間信號精度與GPS相當。

  北鬥的發展也離不開“芯”的支援。從北鬥試驗衛星第一顆星開始,龍芯中科抗輻照處理器分別在北鬥試驗衛星工程、北鬥三號衛星工程等型號任務中得到應用。龍芯中科抗輻照處理器的應用,解決了國外對我國高性能航太元器件禁運的卡脖子問題,實現了處理器係統方案整體部件的全國産化,助力了航太器國産化的跨越式發展。(記者 姜天驕)

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【糾錯】 責任編輯: 焦鵬
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